一种消杂光机构及红外探测装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种消杂光机构，以及包括其的红外探测装置。

背景技术

高精度红外探测装置需要在对空几乎任意角度条件下具有稳定性能。为了实现红外探测装置在恶劣杂光条件下目标不被杂散光湮没，需要提高红外光学系统抑制杂散光能力。

目前卡塞格林光学系统消杂光结构主要分为两部分，一部分为外遮光罩，一部为内部消杂光结构。外遮光罩是以大于太阳规避角的入射杂散光不能直接进入光学镜头为设计原则，并在外遮光罩内设置挡光环及涂消光漆。对于高消杂光需求，一般采用多级遮光罩，或采用异形遮光罩和挡光环。但是多级遮光会急剧增加系统长度和体积，不利于系统满足空间飞行平台的尺寸要求，异形遮光罩和挡光环将增加了系统的复杂度和成本，并且难以保证消杂光稳定性。因此，需要一种针对红外卡式系统的消杂光设计装置，弥补外遮光罩缺点，从而解决上述问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种消杂光机构。所述消杂光机构包括：主镜、次镜以及视场光阑。

所述主镜，设置在光轴上，所述主镜的中心处设置有中心孔；

所述次镜，设置在光轴上；

所述视场光阑，设置在所述主镜与所述次镜之间，且将从所述主镜出现小角度杂光路径到所述中心孔以内的半径区域的镜面改变角度，使进入所述半径区域的外杂光入射后，经过改变角度后的所述主镜的消杂光表面，反射到所述次镜之外。

在一些实施例中，所述消杂光机构，还包括外遮光罩，所述外遮光罩设置在所述主镜之外，并连接至所述主镜。

在一些实施例中，所述消杂光表面由如下方式确定：

设出现小角度杂光范围最大直径Dz与所述主镜交于A点，所述主镜的中心孔下边缘为B点，所述外遮光罩下边缘为点P，所述次镜下边缘为点M，连接AP与AM，作角平分线A1A，再过点A作AB1交视场光阑平面于点B1，使AB1垂直于A1A，AB1即为所述主镜的消杂光表面。

在一些实施例中，所述消杂光表面与光轴之间形成有夹角，所述夹角满足以下条件：

其中，所述主镜的直径为D

视场角为ω，所述次镜的直径为D

所述主镜的中心孔直径为D

出现小角度杂光范围直径为D

所述外遮光罩的长度为L，

所述主镜和所述次镜的距离为L

所述主镜出现杂光范围半径处到主镜边缘矢高为h

所述主镜出现杂光范围半径处到主镜中心孔矢高为h

在一些实施例中，所述主镜的消杂光表面为镜面。

在一些实施例中，所述视场光阑，的前表面上设置有在红外谱段吸收率高于97％的消光漆，所述消光漆的厚度为0.04-0.08mm。

在一些实施例中，所述主镜的消杂光表面与所述主镜设置有相同的反射膜，且所述主镜的消杂光表面在红外谱段的反射率高于98％。

在一些实施例中，所述主镜的消杂光表面与所述主镜相连，形成一体的复合面型。

在一些实施例中，所述外遮光罩内设置有消光漆。

另一方面，本发明实施例还提供了一种红外探测装置，其包括如前所述的消杂光机构。

本发明的技术效果：本发明公开的消杂光机构和红外探测装置，通过

在所述消杂光机构的主镜上设置有消杂光表面，并通过视场光阑的配合，将从所述主镜出现小角度杂光路径到所述中心孔以内的半径区域的镜面改变角度，使进入所述半径区域的外杂光入射后，经过改变角度后的所述主镜的消杂光表面，反射到所述次镜之外，从而达到减轻或消除小角度外杂光的消杂光。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的一种消杂光机构的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的一种消杂光机构的结构示意图。

其中，附图标记具体为：

消杂光机构100；主镜1、中心孔11；次镜2；视场光阑3；

外遮光罩4；像面5。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

多级遮光会急剧增加系统长度和体积，不利于系统满足空间飞行平台的尺寸要求，异形遮光罩和挡光环将增加了系统的复杂度和成本，并且难以保证消杂光稳定性。且目前常规遮光罩都只能遮蔽大角度杂光，针对临近视场的小角度外杂光没有效果较好的消杂光结构。

为了弥补上述缺点，需要一种针对红外卡式系统的消杂光设计装置，从而解决上述问题。提供一种针对卡式双反射镜红外系统，在不增加自身辐射的前提下，减轻或消除小角度外杂光的消杂光装置，在现有卡式光学系统消杂光结构基础上，进一步改进内部消杂光结构，利用主镜中心区域与视场光阑，在主镜中心区域结构，在保证小型化前提下，实现更高的抑制杂散光能力。

在卡式光学系统中，常规在主镜前使用遮光罩消除大角度外杂光，利用内部结构以及结构件的表面属性抑制较小角度的杂光。但是这种方式无法抑制更小角度的杂光。而在某些应用条件下，光学系统需要在小角度条件下满足使用要求。本发明要解决的问题即为提供一种常规遮光罩无法抑制的小角度杂散光抑制方案，在现有卡式光学系统消杂光结构基础上，进一步改进内部消杂光结构，利用中心遮拦光路特点，在主镜中心孔处改变镜面反射方向，在保证加工性的前提下，实现更高的抑制杂散光能力。

参考图1至图2所示，示意出了根据本发明一个实施例的消杂光机构100。

如图1所示，所述消杂光机构100包括：主镜1、次镜2以及视场光阑3。

所述主镜1，设置在光轴上，所述主镜1的中心处设置有中心孔11；

所述次镜2，设置在光轴上；

所述视场光阑3，设置在所述主镜1与所述次镜2之间，且将从所述主镜1出现小角度杂光路径到所述中心孔11以内的半径区域的镜面改变角度，使进入所述半径区域的外杂光入射后，经过改变角度后的所述主镜1的消杂光表面，反射到所述次镜2之外。

如图2所示的实施例中，所述消杂光机构100，还包括外遮光罩4，所述外遮光罩4设置在所述主镜1之外，并连接至所述主镜1。外遮光罩4以大于太阳规避角的入射杂散光不能直接进入光学镜头为设计原则，并在外遮光罩内设置挡光环及涂消光漆。

在一些实施例中，所述消杂光表面由如下方式确定：

设出现小角度杂光范围最大直径Dz与所述主镜1交于A点，所述主镜1的中心孔11下边缘为B点，所述外遮光罩4下边缘为点P，所述次镜2下边缘为点M，连接AP与AM，作角平分线A1A，再过点A作AB1交视场光阑3的平面于点B1，使AB1垂直于A1A，AB1即为所述主镜1的消杂光表面。

在一些实施例中，所述消杂光表面与光轴之间形成有夹角，所述夹角满足以下条件：

其中，所述主镜1的直径为D

视场角为ω，所述次镜2的直径为D

所述主镜1的中心孔11直径为D

出现小角度杂光范围直径为D

所述外遮光罩4的长度为L，

所述主镜1和所述次镜2的距离为L

所述主镜出现杂光范围半径处到主镜边缘矢高为h

所述主镜出现杂光范围半径处到主镜中心孔矢高为h

在一些实施例中，所述主镜1的消杂光表面为镜面。

在一些实施例中，所述视场光阑3的前表面上设置有在红外谱段吸收率高于97％的消光漆，所述消光漆的厚度为0.04-0.08mm。本发明实施例中，视场光阑3的前表面上采用高吸收率的消光漆喷涂，厚度为0.04-0..08mm，使其在红外谱段吸收率高于97％，主镜1消杂光表面与主镜1的镜面一同镀反射膜，使其在红外谱段的反射率高于98％。

在一些实施例中，所述主镜1的消杂光表面与所述主镜1设置有相同的反射膜，且所述主镜1的消杂光表面在红外谱段的反射率高于98％。主镜消杂光表面与主镜镜面一同镀反射膜，使其在红外谱段的反射率高于98％。

在一些实施例中，所述主镜1的消杂光表面与所述主镜1相连，形成一体的复合面型。因此可以直接利用一体化加工完成，提高系统的集成度。

在一些实施例中，所述外遮光罩4内设置有消光漆。以对杂散光进行吸收，进一步抑制杂散光。

另一方面，本发明实施例还提供了一种红外探测装置(图中未示出)，其包括如前所述的消杂光机构100。

本发明的技术效果：本发明公开的消杂光机构和红外探测装置，通过在所述消杂光机构的主镜上设置有消杂光表面，并通过视场光阑的配合，将从所述主镜出现小角度杂光路径到所述中心孔以内的半径区域的镜面改变角度，使进入所述半径区域的外杂光入射后，经过改变角度后的所述主镜1的消杂光表面，反射到所述次镜之外，从而达到减轻或消除小角度外杂光的消杂光。

下面结合具体的实施例对本发明提供的消杂光机构100进行详细的说明。

实施例1：

参考图1至图2所示，示意出了根据本发明一个实施例的消杂光机构100。所述消杂光机构100包括：主镜1、次镜2以及视场光阑3以及外遮光罩4。主镜1到中心孔11以内的半径区域的镜面改变角度，使进入此区域的外杂光入射后，经过改变角度后的主镜1镜面，反射到次镜2之外，无法通过次镜2进入次镜2之后的光路从而进入像面5。而更小角度的杂光入射后，经过视场光阑3表面吸收，反射到次镜2的光线能量大幅减小，从而达到抑制及消除小角度杂光的目的。

本发明所述的消杂光机构100中，主镜1直径D

视场光阑3开口大小由光学设计决定，视场光阑3作为消杂光的关键部件表面吸收率高，反射率低，因此视场光阑3的面积与视场光阑3的自身辐射正相关，视场光阑3的通光面积为S

S

因此，通过增加主镜1中心孔11大小D

本发明采用改变主镜1从型到出现小角度杂光范围直径D

可以通过如下方法确定消杂光表面面型改变的方向和位置：在光学系统的子午截面内，出现小角度杂光范围最大直径D

更小角度的杂光则会在进入光学系统后直接打在视场光阑3的前表面上，通过较高吸收的表面属性来抑制这一部分的杂光。本发明中，视场光阑3的前表面上采用高吸收率的消光漆喷涂，厚度为0.04-0.08mm，使其在红外谱段吸收率高于97％，主镜1消杂光表面与主镜1镜面一同镀反射膜，使其在红外谱段的反射率高于98％。

本发明实施例的消杂光机构具有以下优点：

(1)不增加系统自身辐射

本发明实施例未采用常规增加视场光阑面积的方式消除杂光，而采用与反射镜一体结构的高反射率表面来实现，在红外系统中，大幅减小了视场光阑本身带来的自身辐射。

(2)集成度高，稳定性好

本发明实施例通过将遮光结构与反射镜结合的方式，无需单独加工遮光结构，既减少了结构零部件数量，减轻系统重量，提高系统集成度与稳定性。

(3)设计与工艺易实现

本发明实施例通过改变反射镜结构实现消除杂光的效果，不增加新的结构以及表面属性，不需要多余连接环节，设计与工艺上易于实现且风险较小。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。